【C ++基础】第9篇 模板初阶（泛型编程|函数模板|类模板）
前言
本文所属专栏：C++学习_潮.eth的博客-CSDN博客
参考教材：《C++ Prmer》第五版 P578
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文章目录
- 【C ++基础】第9篇 模板初阶（泛型编程|函数模板|类模板）
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- 一、泛型编程
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- 1.泛型编程是什么
- 2.实现一个交换函数（函数重载版）
- 3.模板概念
- 二、函数模板
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- 1.函数模板的概念
- 2.函数模板的格式
- 4.函数模板的实例化
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- 4.1 隐式实例化
- 4.2 显示实例化
- 5. 模板参数的匹配原则
- 三、类模板
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- 1.类模板的定义格式
- 2.类模板的实例化
正文
一、泛型编程
1.泛型编程是什么
泛型编程：编写程序 与类型无关 的通用代码，是代码复用的一种手段。模板是泛型编程的基础。
2.实现一个交换函数（函数重载版）
假定我们希望编写一个函数来交换两个变量的值。在实际中，我们可能想要定义多个函数，每个函数比较一种给定类型的值。我们的初次尝试可能定义多个重载函数：
//int
void Swap(int& left, int& right)
{
int temp = left;
left = right;
right = temp;
}
//double
void Swap(double& left, double& right)
{
double temp = left;
left = right;
right = temp;
}
这两个函数几乎是相同的，唯一的差异是参数的类型，函数体则几乎一样。
使用函数重载虽然可以实现，但是有一下几个不好的地方：
- 重载的函数仅仅是类型不同，代码复用率比较低 。只要有新类型出现时，就需要用户自己增加对应的函
数，不妨假想一下，万一每个类型都要出现，那工作量大大增加。
- 代码的可维护性比较低 ，一个出错可能所有的重载均出错。
3.模板概念
对于交换函数（函数重载版）的缺点是需要写太多仅类型不同的重载函数，那么能不能告诉编译器一个模子，让编译器根据不同的类型利用该模子来生成代码呢？
（啰嗦版）如果在C++中，也能够存在这样的一个模具，通过给这个模具中填充不同材料（就是我们需要的类型），来获得不同材料的铸件（即生成具体类型的代码），那将会节省很多麻烦。
（简洁版）我们想要什么类型，编译器就生成什么类型的代码！
C++给我们提供了一种这样的解决方案，那就是 模板。
一个模板就是一个创建类或函数的蓝图或者说是公式!
二、函数模板
1.函数模板的概念
函数模板代表了一个函数家族，该函数模板与类型无关，在使用时被参数化，根据实参类型产生函数的特定类型版本。
2.函数模板的格式
template<typename T1,typename T2，……，typename Tn>
返回值类型 函数名（参数列表）
{
}
那我们实现一下上面交换函数的函数模板：
template<typename T>
void Swap(T& left, T& right)
{
T temp = left;
left = right;
right = temp;
}
注意：typename是用来定义模板参数关键字，也可以使用class（切记不能使用struct代替class）
4.函数模板的实例化
函数模板的实例化：用不同类型的参数使用函数模板
模板参数实例化分为：隐式实例化和显示实例化。
4.1 隐式实例化
隐式实例化：让 编译器 根据实参 推演 模板参数的 实际类型。
一个Add（）函数，实现两个数相加的功能
template<class T>
T Add(const T& left,const T& right)
{
return left + right;
}
然后尝试使用不同类型，这里使用 int 跟 double
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, a2);
Add(d1, d2);
return 0;
}
那么不同类型能不能加：
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
Add(a1, d1);
return 0;
}
当然不能啦，看一下原因：
Add ( a1 , d1 ) 这条语句不能通过编译，因为在编译期间，当编译器看到该实例化时，需要推演其 实参类型
通过实参 a1 将 T 推演为 int ，通过实参 d1 将 d1 将 T 推演为 double 类型，但模板参数列表只有一个 T ,
编译器无法确定此处到低该不该将 T 确定为 int 或者 double 类型而报错
注意：在模板中，编译器一般不会进行类型的转换操作，因为一旦转换出问题，编译器就需要背黑锅
那么如何解决呢？
一种方法是用户自己来 强制转化
就像下面这样：
还有一种方法是使用 显示实例化
4.2 显示实例化
显示实例化 写法：在函数名后的<>中指定模板参数的实际类型
int main()
{
int a1 = 10, a2 = 20;
double d1 = 10.0, d2 = 20.0;
//显示实例化
Add<int>(a, b);
return 0;
}
如果类型不匹配，编译器会尝试进行隐式类型转换，如果无法转换成功，编译器会警告！
5. 模板参数的匹配原则
原则一：
一个非模板函数可以和一个同名的模板同时存在，而且该函数模板还可以被实例化为这个非模板函数
//专门处理int 的加法函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//通用加法函数
template<class T>
T Add(T left,T right)
{
return left + right;
}
int main()
{
Add(1, 2); //与非模板函数匹配，编译器不需要特化
Add<int>(1, 2); //调用编译器特化的Add版本
return 0;
}
原则二：
对于非模板函数和同名函数模板，如果其他条件都相同，在调用时会优先调用非模板函数而不会从该模板产生出一个实例。如果模板可以产生一个具有更好匹配的函数，那么将选择模板
（简化版）更加匹配（不需要转换的那种）就用模板。
//专门处理int 的加法函数
int Add(int left, int right)
{
return left + right;
}
//通用加法函数
template<class T1,class T2>
T1 Add(T1 left, T2 right)
{
return left + right;
}
int main()
{
//与非函数模板类型完全匹配
//不需要函数模板实例化
Add(1, 2);
//模板函数可以生成更加匹配的版本
//编译器根据实参生成更加匹配的Add函数
Add<int>(1, 2.0);
return 0;
}
原则三：
模板函数不允许自动类型转换，但普通函数可以进行自动类型转换
三、类模板
1.类模板的定义格式
template<class T1,class T2,...,class Tn>
class 类模板名
{
//类成员定义
};
2.类模板的实例化
类模板实例化与函数模板实例化不同，类模板实例化需要在类模板名字后跟<>，然后将实例化的类型放在<>即可，类模板名字不是真正的类，而实例化的结果才是真正的类
//Vector类名，Vector<int>才是类型
Vector<int> s1;
Vector<double> s2;
全文完。